摘 要

廢氣渦輪增壓系統(tǒng)能夠改善發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能和燃油經(jīng)濟(jì)性能，還能提升動(dòng)力性能，因此在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用，也是混合動(dòng)力專用發(fā)動(dòng)機(jī)的常用進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。然而，由于廢氣渦輪增壓器的運(yùn)行轉(zhuǎn)速高和工作溫度高等特點(diǎn)，很難實(shí)施有效的被動(dòng)隔音措施，所以渦輪增壓系統(tǒng)的噪聲問題容易成為發(fā)動(dòng)機(jī)的主要噪聲源，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力聲品質(zhì)，降低車輛的駕乘舒適性，并引起顧客用戶的投訴抱怨。本文從汽車NVH性能集成開發(fā)的角度出發(fā)，提出了廢氣渦輪增壓器噪聲問題的具體分類方法，詳細(xì)地闡述了各種噪聲的原因機(jī)理和措施方案，以及問題排查解決過程中的一些經(jīng)驗(yàn)方法。這對(duì)于完善渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的NVH性能開發(fā)流程控制體系和提高廢氣渦輪增壓器噪聲問題的解決效率，有著較重要的工程指導(dǎo)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：廢氣渦輪增壓系統(tǒng)；噪聲；汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；NVH；動(dòng)力聲品質(zhì)

作者：張軍、鄭琪

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司,浙江寧波，315336）

引 言

進(jìn)氣增壓系統(tǒng)是在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量的情況下，通過對(duì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)空氣的壓縮，提高空氣密度，增加發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣量和空氣含氧量，能夠提升發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率和扭矩，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境污染物排放，同時(shí)還可保證整車機(jī)艙空間的緊湊布置，提升動(dòng)力總成的輕量化水平。尤其是在高海拔地區(qū)，由于空氣稀薄和含氧量低，如果不采用進(jìn)氣增壓系統(tǒng)，汽車容易出現(xiàn)動(dòng)力性能嚴(yán)重降低的問題。汽車進(jìn)氣系統(tǒng)的增壓類型包括廢氣渦輪增壓、機(jī)械增壓、電子增壓、氣波增壓、慣性諧波增壓、沖壓噴射增壓和復(fù)合式增壓系統(tǒng)等。

雖然進(jìn)氣增壓系統(tǒng)的種類較多，但是由于廢氣渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械損失小和能量利用率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在車用發(fā)動(dòng)機(jī)上的使用也最為普遍和廣泛[1]。對(duì)于混合動(dòng)力車型的專用發(fā)動(dòng)機(jī)，基于發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)和維護(hù)成本、輕量化、可靠性和燃油經(jīng)濟(jì)性等多種因素的綜合考慮，廢氣渦輪增壓系統(tǒng)也是常常采用的進(jìn)氣技術(shù)路線方案[2]。

除了發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械噪聲、燃燒噪聲和空氣動(dòng)力學(xué)噪聲之外，由于渦輪轉(zhuǎn)子的運(yùn)行轉(zhuǎn)速高、工作溫度高和隔音難等原因，廢氣渦輪增壓器還會(huì)引起各種特定類型的NVH問題，同時(shí)也是影響發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力聲品質(zhì)水平的主要零部件系統(tǒng)之一。如果要及時(shí)發(fā)現(xiàn)和有效解決這些渦輪增壓器的NVH問題，就需要全面了解渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及深入理解渦輪增壓器NVH問題的原因機(jī)理。

雖然關(guān)于汽車廢氣渦輪增壓系統(tǒng)噪聲分析控制的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料較多[3-21]，但還缺少全面系統(tǒng)和簡(jiǎn)明扼要的總結(jié)概括。本文從汽車NVH性能集成開發(fā)的角度出發(fā)，提出了廢氣渦輪增壓器噪聲問題的分類方法，詳細(xì)地闡述了各種噪聲的原因機(jī)理和措施方案，以及問題排查解決過程中的一些經(jīng)驗(yàn)方法。

1 渦輪增壓系統(tǒng)噪聲的分類

搭載自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的整車進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲主要包括機(jī)械噪聲和燃燒噪聲，其噪聲頻率主要分布在中低頻范圍。而對(duì)于搭載渦輪增壓動(dòng)力總成的整車進(jìn)氣噪聲系統(tǒng)來說，其噪聲源則有兩個(gè)，分別是發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪增壓器。其中，渦輪增壓器包括有高速旋轉(zhuǎn)的氣動(dòng)機(jī)械零部件，聲源機(jī)理和傳遞特性都比較復(fù)雜，噪聲頻譜主要分布在中高頻范圍。渦輪增壓器通過廢氣推動(dòng)渦輪，同時(shí)驅(qū)動(dòng)同軸連接的壓氣機(jī)葉輪高速地旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)的渦輪和葉輪都會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)激勵(lì)相關(guān)的噪聲，而被壓縮或擴(kuò)散的高速流動(dòng)氣體會(huì)產(chǎn)生多種形式的氣動(dòng)噪聲。另外，由于渦輪增壓進(jìn)氣系統(tǒng)的空氣流動(dòng)速度更快，且空氣流量更大，進(jìn)氣管路也更復(fù)雜，進(jìn)氣流道長(zhǎng)度也更長(zhǎng)，需要更加注意規(guī)避進(jìn)氣管路的接縫間隙和進(jìn)氣零部件內(nèi)部腔體引起的高頻氣流振蕩噪聲問題。

因此，如果按照噪聲源類別的不同，由于搭載廢氣渦輪增壓器引起的整車進(jìn)氣系統(tǒng)特定噪聲類型可分為氣動(dòng)噪聲和機(jī)械噪聲。廢氣渦輪增壓器的氣動(dòng)噪聲類型包括有喘振噪聲、Whoosh噪聲、泄氣聲、同步脈動(dòng)噪聲、超同步脈沖噪聲、高諧階次的氣動(dòng)脈沖噪聲、葉片通過頻率噪聲、葉尖間隙噪聲和電鋸聲等；而渦輪增壓器的機(jī)械振動(dòng)噪聲類型則包括不平衡激勵(lì)的同步振動(dòng)噪聲、次同步噪聲、次同步純音、軸承噪聲和執(zhí)行器的異常噪聲等。

與搭載自然吸氣類型的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，搭載廢氣渦輪增壓器動(dòng)力總成的整車進(jìn)氣系統(tǒng)還增加了渦輪增壓器、進(jìn)排氣旁通閥、中冷器、中冷器的進(jìn)出管、隔熱罩，以及相關(guān)的油液冷卻水路、電氣線束或氣動(dòng)管路等，這些新增的零部件或附件都可能成為潛在的噪聲傳遞路徑或者異響源。

以下將重點(diǎn)論述廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的噪聲現(xiàn)象、問題機(jī)理和措施方案等。